KR20170121571A - Device and method for manufacturing membrane-electrode assembly of fuel cell - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided is a device and a method for manufacturing a membrane-electrode assembly of a fuel cell. The device comprises: a membrane unwinder for unrolling and supplying a roll-shaped polymer electrolyte membrane; a film unwinder unrolling a roll-shaped release film on which an anode catalyst electrode layer and a cathode catalyst electrode layer are coated at regular intervals and supplying the roll-shaped release film; upper and lower bonded rolls respectively disposed on the lower and upper sides of a path of the polymer electrolyte membrane and the release film and pressed onto the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane; and a protective film unwinder for supplying a protective film between the release film and the adhesive surface of the release film. By adding a protective film between the bonding rolls and performing a continuous process of roll lamination, the membrane-electrode assembly of a fuel cell having uniform and excellent performance can be manufactured.

Description

연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY OF FUEL CELL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a membrane-electrode assembly manufacturing apparatus and a membrane-

본 발명은 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤(roll) 공정을 통해 단순하고 연속적인 공정을 통해 신뢰성이 우수한 연료 전지용 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell, and more particularly, to an apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell through a simple and continuous process through a roll process. And methods.

연료 전지(Fuel cell)는 수소 및 산소의 전기 화학적인 반응에 의하여 전기를 생산한다. 이러한 연료 전지는 별도의 충전 과정 없이도 외부에서 화학 반응물을 공급받아 지속적인 발전이 가능하다는 특징이 있다.Fuel cells produce electricity by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. Such a fuel cell is characterized in that it can continuously generate electricity by supplying chemical reactants from the outside without a separate charging process.

연료 전지는 막-전극 어셈블리(MEA: membrane-electrode assembly)를 사이에 두고 이의 양측에 분리판(separator)를 배치하여 구성될 수 있으며, 이러한 구조가 복수 개 배열되어 연료 전지 스택(stack)으로 구성될 수 있다.The fuel cell can be configured by disposing a separator on both sides of a membrane-electrode assembly (MEA), and a plurality of such structures are arranged to form a fuel cell stack .

여기서, 연료 전지의 막-전극 어셈블리는 3층 구조로서, 고분자 전해질막을 사이에 두고 고분자 전해질막의 일면에는 애노드 촉매 전극층을, 타면에는 캐소드 촉매 전극층이 형성되어 있다.Here, the membrane-electrode assembly of the fuel cell has a three-layer structure in which an anode catalyst electrode layer is formed on one side of the polymer electrolyte membrane and a cathode catalyst electrode layer is formed on the other side of the polymer electrolyte membrane.

이러한 막-전극 어셈블리를 제조하는 방법으로는 직접 코팅(Direct coation) 방식과 데칼(Decal) 방식을 예로 들 수 있다.Examples of the method for manufacturing such a membrane-electrode assembly include a direct coating method and a decal method.

이 중, 데칼 방식의 경우는 이형필름의 표면에 촉매 슬러리를 코팅 후 건조하여 촉매 전극층을 형성하고, 고분자 전해질막의 양면으로 각각 촉매 전극층이 형성된 이형필름을 적층한 다음, 롤 라미네이팅 공법을 이용하여 촉매 전극층을 고분자 전해질막의 양면에 전사시켜 접합하고, 이형필름을 제거하여 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조한다.Among them, in the case of the decal method, the catalyst slurry is coated on the surface of the release film and dried to form a catalyst electrode layer, a release film having catalyst electrode layers formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane is laminated, The electrode layers are transferred to both surfaces of the polymer electrolyte membrane and joined together, and the release film is removed to produce a three-layer structure membrane-electrode assembly.

즉, 데칼 방식을 이용한 막-전극 어셈블리의 제조 공정은 롤 타입의 촉매 전극층과 롤 타입의 고분자 전해질막을 고온 고압의 접합 롤을 통해 연속적으로 합지(열 압착)하고, 이형필름을 제거하며 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조한다.That is, in the manufacturing process of the membrane-electrode assembly using the decal method, the roll-type catalyst electrode layer and the roll-type polymer electrolyte membrane are laminated (thermocompression-bonded) continuously through the high-temperature high-pressure bonding roll, Structure membrane-electrode assembly.

이와 같이 롤 라미네이팅 공법을 이용하는 데칼 방식으로 3-레이어 구조의 막-전극 어셈블리를 제조하는 것은 제조 속도를 향상시킬 수 있고, 스케일 업이 용이하여 양산 공정에 유리하다는 장점이 있다.The manufacture of the membrane-electrode assembly of the three-layer structure by the decal method using the roll laminating method can improve the manufacturing speed and is advantageous in the mass production process because of easy scale-up.

그러나, 이러한 롤 라미네이팅 연속 공법을 이용하는 데칼 방식은 고분자 전해질막을 중간에 두고 이의 양측에 촉매 전극층이 코팅된 이형필름을 위치시킨 상태로, 이들을 고온 고압의 접합 롤 사이로 통과시키며 촉매 전극층과 고분자 전해질막을 서로 맞닿는 방향으로 합지하기 때문에, 애노드 및 캐소드 촉매 전극층의 합지 위치를 정렬하는 것이 어렵다. However, in the decoloration method using the continuous roll laminating method, a release film coated with a catalyst electrode layer is placed on both sides of the polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane is passed between high temperature and high pressure bonding rolls, and the catalyst electrode layer and the polymer electrolyte membrane It is difficult to align the joint positions of the anode and the cathode catalyst electrode layers.

또한, 롤 라이네이팅 연속 공법을 이용하는 경우 롤의 평탄 및 축거의 미세한 비틀림으로 인해 압력의 불균형이 발생할 수 있고, 전극과 전해질막의 계면접합력이 부족한 문제점이 있다.In addition, when the roll lining continuous process is used, unevenness of pressure may occur due to the flatness of the roll and the fine twisting of the rollers, and there is a problem that the interface bonding force between the electrode and the electrolyte membrane is insufficient.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단순하고 연속적인 공정인 롤 라미네이팅 연속 공정에서 접합 롤 사이에 보호 필름을 추가함으로써, 균일하고 성능이 우수한 연료 전지의 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있는 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides an apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly of a fuel cell having uniform and excellent performance by adding a protective film between bonding rolls in a simple and continuous process of roll lamination, .

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 공급하는 멤브레인 언와인더, 애노드 촉매 전극층 및 캐소드 촉매 전극층이 각각 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형필름을 고분자 전해질막의 상, 하측으로 풀어서 공급하는 필름 언와인더, 상기 고분자 전해질막 및 상기 이형 필름의 진행 경로 상, 하측에 각각 배치되어 상기 고분자 전해질막의 상면과 하면에 압착되는 상하 접합롤, 및 상기 이형 필름 및 상기 상하 접합롤의 접착면 사이에 보호 필름을 풀어서 공급하는 보호필름 언와인더를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치를 제공한다.In order to solve these problems, according to an embodiment of the present invention, a roll-shaped release film coated with a membrane unwinder, an anode catalyst electrode layer, and a cathode catalyst electrode layer, which are unrolled and supplied in a roll-shaped polyelectrolyte membrane, A film unwinder to be fed and fed to the upper and lower sides of the membrane, a vertical bonding roll disposed on the lower and upper sides of the path of the polymer electrolyte membrane and the release film to be pressed onto the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane, And a protective film unwinder for supplying a protective film between the bonding surfaces of the upper and lower bonding rolls and supplying the protective film.

상기 상하 접합롤의 진출 측에 배치되며 상기 이형 필름을 벗겨내는 이형 바를 더 포함할 수 있다.And a release bar disposed on the advancing side of the upper and lower bonding rolls to peel off the release film.

상기 멤브레인 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 고분자 전해질막을 감아 회수하는 멤브레인 리와인더, 상기 필름 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 이형필름을 감아 회수하는 필름 리와인더, 및 상기 보호필름 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 보호필름 리와인더를 더 포함할 수 있다.A membrane rewinder for winding and recovering the polymer electrolyte membrane unwound from the membrane unwinder; a film rewinder for winding and recovering the release film unwound from the film unwinder; and a protective film rewinder As shown in FIG.

상기 필름 언와인더는 상기 고분자 전해질막 상부에 위치하며 제1 이형필름을 풀어서 공급하는 제1 필름 언와인더 및 상기 고분자 전해질막 하부에 위치하며 제2 이형필름을 풀어서 공급하는 제2 필름 언와인더를 포함하고, 상기 보호필름 언와인더는 상기 고분자 전해질막 상부에 위치하며 제1 보호필름을 풀어서 공급하는 제1 보호필름 언와인더 및 상기 고분자 전해질막 하부에 위치하며 제2 보호필름을 풀어서 공급하는 제2 보호필름 언와인더를 포함할 수 있다.Wherein the film unwinder further comprises a first film unwinder which is positioned above the polymer electrolyte membrane and releases and supplies the first release film, and a second film unwinder which is located below the polymer electrolyte membrane and unwinds and supplies the second release film, Wherein the protective film unwinder comprises a first protective film unwinder positioned above the polymer electrolyte membrane and releasing and supplying the first protective film, and a second protective film winder located below the polymer electrolyte membrane, And a second protective film winder for supplying the second protective film.

상기 보호필름은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate) 및 실리콘(silicon) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The protective film may be at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), and silicon . ≪ / RTI >

상기 보호필름은 유리 섬유(glass fiber)를 포함할 수 있다.The protective film may include a glass fiber.

상기 유리 섬유가 상기 보호필름에 코팅되어 있을 수 있다.The glass fiber may be coated on the protective film.

상기 유리 섬유가 상기 보호필름에 첨가물 형태로 포함될 수 있다.The glass fiber may be included in the protective film in the form of an additive.

상기 보호필름의 두께는 100 내지 1000 마이크로미터 범위를 가질 수 있다.The thickness of the protective film may range from 100 to 1000 micrometers.

상기 보호필름의 두께는 100 내지 300 마이크로미터 범위를 가질 수 있다.The thickness of the protective film may range from 100 to 300 micrometers.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 멤브레인 언와인더를 이용하여 고분자 전해질막을 풀어서 진행 경로로 공급하는 단계, 상기 고분자 전해질막의 공급과 동시에 필름 언와인더를 이용하여 애노드 촉매 전극층 및 캐소드 촉매 전극층이 일정 간격으로 코팅된 이형필름을 풀어서 상기 고분자 전해질막의 상, 하측으로 공급하는 단계, 상기 고분자 전해질막 및 상기 이형필름의 공급과 동시에 보호필름 언와인더를 이용하여 보호필름을 풀어서 상기 이형필름의 표면에 공급하는 단계, 상기 고분자 전해질막을 사이에 둔 상기 이형필름 및 상기 보호필름을 상하 접합롤을 이용하여 압착하여 상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막에 전사시켜 접합하는 단계를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a polymer electrolyte fuel cell, comprising the steps of unrolling a polymer electrolyte membrane using a membrane unwinder and supplying the polymer electrolyte membrane to a path of the polymer electrolyte membrane, Supplying the polymer electrolyte membrane and the release film together with the release film, releasing the protective film using a protective film unwinder at the same time as supplying the polymer electrolyte membrane and the release film, Applying the release film and the protective film sandwiching the polymer electrolyte membrane between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer by using a vertical joint roll to transfer the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer to the polymer electrolyte membrane, A method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell comprising to provide.

상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막에 전사시켜 접합하는 단계 이후에, 상기 상하 접합롤의 진출 측에서 이형 바를 이용하여 상기 이형필름을 벗겨내는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of transferring and bonding the anode catalyst electrode layer and the cathode catalyst electrode layer to the polymer electrolyte membrane, the releasing film may be peeled off using the releasing bar on the advancing side of the upper and lower bonding rolls.

상기 이형필름을 벗겨내는 단계 이후에, 멤브레인 리와인더를 이용하여 상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층이 접합된 상기 고분자 전해질막을 감아 회수하는 단계, 필름 리와인더를 이용하여 상기 이형필름을 감아 회수하는 단계, 보호필름 리와인더를 이용하여 상기 보호필름을 감아 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.Winding and recovering the polymer electrolyte membrane having the anode catalyst electrode layer and the cathode catalyst electrode layer bonded together using a membrane rewinder after peeling the release film, winding and releasing the release film using a film rewinder, And winding the protective film by using a protective film rewinder to recover the protective film.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 접합 롤 사이에 보호 필름을 추가하여 롤 라미네이팅 연속 공정을 수행함으로써, 균일하고 성능이 우수한 연료 전지의 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the film-electrode assembly of the fuel cell having uniform and excellent performance can be manufactured by adding the protective film between the bonding rolls and performing the continuous process of roll lamination.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 X부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치에서 막-전극 어셈블리에 가해지는 면압을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치를 이용하여 막-전극 어셈블리 제조한 후, 회수된 이형필름을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 장치를 이용하여 제조된 막-전극 어셈블리의 기공 특성을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 장치를 이용하여 제조된 막-전극 어셈블리의 기공을 촬영한 사진이다.1 is a schematic view of a membrane-electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is an enlarged view of the portion X in Fig.
FIG. 3 is a graph showing a result of measurement of a surface pressure applied to a membrane-electrode assembly in a membrane-electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
4 is a photograph of a film-electrode assembly manufactured using the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a comparative example and an example of the present invention, and then photographing the recovered release film.
FIG. 5 is a graph showing the results of analyzing pore characteristics of a membrane-electrode assembly manufactured using the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to Comparative Examples and Examples of the present invention.
6 is a photograph of pores of a membrane-electrode assembly manufactured using the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a comparative example and an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, since the sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings. In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

먼저 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치 및 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.First, an apparatus and method for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 X부분을 확대한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a membrane-electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of an X portion of FIG.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)는 연료 전지 스택을 구성하는 단위 연료 전지들의 부품을 자동으로 연속 제조하는 자동화 시스템에 적용될 수 있다.1 and 2, an apparatus 100 for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can be applied to an automation system for automatically and continuously manufacturing parts of unit fuel cells constituting a fuel cell stack have.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 장치(100)는 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고, 고분자 전해질막(1)의 일면에 애노드 촉매 전극층(3)을 접합하고, 고분자 전해질막(1)의 타면에 캐소드 촉매 전극층(5)을 접합하여 3층 구조의 막-전극 어셈블리(7)를 제조할 수 있다.An apparatus 100 for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a polymer electrolyte membrane 1, a cathode catalyst layer 3, a cathode catalyst layer 3, The membrane electrode assembly 5 having the three-layer structure can be manufactured by bonding the cathode catalyst electrode layer 5 to the other surface of the polymer electrolyte membrane 1.

연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)는 이형필름(21, 31) 표면에 촉매 슬러리를 코팅한 후 건조하여 촉매 전극층(3, 5)을 형성하고, 고분자 전해질막(1)의 양면으로 각각 촉매 전극층(3, 5)이 형성된 이형필름(21, 31)을 적층한 다음, 롤 라미네이팅 공법을 이용하여 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 양면에 전사시켜 접합하고, 이형필름(21, 31)을 제거하여 3층 구조의 막-전극 어셈블리(7)를 제조할 수 잇다.The membrane electrode assembly manufacturing apparatus 100 for a fuel cell includes a catalyst slurry coated on the surfaces of the release films 21 and 31 and then dried to form catalyst electrode layers 3 and 5. The catalyst electrode layers 3 and 5 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 The release films 21 and 31 on which the catalyst electrode layers 3 and 5 are formed are laminated and then the catalytic electrode layers 3 and 5 are transferred to both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 using the roll laminating method, The film 21, 31 can be removed to produce a three-layered membrane-electrode assembly 7.

연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)는 데칼 방식으로 고분자 전해질막(1)의 양면에 촉매 전극층(3, 5)을 연속적으로 롤 라미네이팅하며 촉매 전극층(3, 5)의 위치를 자동으로 정렬할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.The membrane electrode assembly manufacturing apparatus 100 for a fuel cell continuously laminates the catalyst electrode layers 3 and 5 on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 in a decal system so that the positions of the catalyst electrode layers 3 and 5 are automatically aligned And the like.

이를 위해 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)는 멤브레인 언와인더(10)와 멤브레인 리와인더(55), 필름 언와인더(20, 30)와 필름 리와인더(75, 85), 보호필름 언와인더(60, 90)와 보호필름 리와인더(65, 95), 상하 접합롤(40, 50) 및 이형 바(bar)(70, 80)를 포함할 수 있다.The membrane electrode assembly manufacturing apparatus 100 for a fuel cell includes a membrane unwinder 10, a membrane rewinder 55, film unwinders 20 and 30, film rewinders 75 and 85, The rollers 60 and 90 and the protective film rewinders 65 and 95 as well as the upper and lower bonding rolls 40 and 50 and the release bars 70 and 80.

연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)의 각 구성 별로 상세하게 설명한다.The membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 for a fuel cell will be described in detail.

멤브레인 언와인더(10)는 롤 형상으로 감긴 고분자 전해질막(1)을 소정의 진행 경로로 풀어서 공급하는 것으로, 자체의 구동에 의해 고분자 전해질막(1)을 풀어서 공급할 수 있으며, 최종적으로 촉매 전극층(3, 5)이 합치된 고분자 전해질막(1)을 감는 멤브레인 리와인더(55)의 구동력에 의해 그 고분자 전해질막(1)을 풀어서 공급할 수 있다.The membrane unwinder 10 unwinds and supplies the polymer electrolyte membrane 1 wound in a roll shape by a predetermined path so that the polymer electrolyte membrane 1 can be unrolled and supplied by its own drive, The polymer electrolyte membrane 1 can be released and supplied by the driving force of the membrane rewinder 55 that winds the polymer electrolyte membrane 1 in which the electrodes 3 and 5 are fitted.

필름 언와인더(20, 30)는 제1 필름 언와인더(20) 및 제2 필름 언와인더(30)로 구분하여 설명한다. The film unwinders 20 and 30 are divided into a first film unwinder 20 and a second film unwinder 30, respectively.

제1 필름 언와인더(20)는 애노드 촉매 전극층(3)이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 제1 이형필름(21)을 고분자 전해질막(1)의 상측으로 풀어서 공급할 수 있다.The first film unwinder 20 can release the roll-shaped first release film 21 on which the anode catalyst electrode layer 3 is coated at regular intervals to the upper side of the polymer electrolyte membrane 1.

그리고, 제2 필름 언와인더(30)는 캐소드 촉매 전극층(5)이 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 제2 이형필름(31)을 고분자 전해질막(1)의 하측으로 풀어서 공급할 수 있다.The second film unwinder 30 can release the roll-shaped second release film 31 coated with the cathode catalyst electrode layer 5 at a predetermined interval to the lower side of the polymer electrolyte membrane 1.

여기서, 제1 이형필름(21)은 일면에 애노드 촉매 전극층(3)이 코팅된 상태로 애노드 촉매 전극층(3)이 고분자 전해질막(1)의 일면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.Here, the first release film 21 may be supplied along a path along which the anode catalyst electrode layer 3 faces the one side of the polymer electrolyte membrane 1 while the anode catalyst electrode layer 3 is coated on one side.

이와 유사하게, 제2 이형필름(31)은 일면에 캐소드 촉매 전극층(5)이 코팅된 상태로 캐소드 촉매 전극층(5)이 고분자 전해질막(1)의 일면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.Similarly, the second release film 31 may be supplied along a path along which the cathode catalyst electrode layer 5 faces the one side of the polymer electrolyte membrane 1, with the cathode catalyst electrode layer 5 coated on one side have.

상하 접합롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 애노드 촉매 전극층(3) 및 캐소드 촉매 전극층(5)을 압착하여 이들 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하 면에 전사하여 접합하기 위한 것이다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 are disposed between the anode catalyst electrode layer 3 and the cathode catalyst electrode layer 5 of the first and second release films 21 and 31 located above and below the polymer electrolyte membrane 1, And the catalyst electrode layers 3 and 5 are transferred to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 to join them.

상하 접합롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1) 및 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 배치되며, 적어도 어느 하나가 상하 방향으로 왕복 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 상하 접합롤(40, 50)은 고분자 전해질막(1) 및 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에서 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. The upper and lower bonding rolls 40 and 50 are respectively disposed on upper and lower sides of the path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 and at least one of them can be reciprocated in the vertical direction . For example, the upper and lower bonding rolls 40 and 50 are provided so as to be vertically reciprocable on the upper and lower sides of the path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31.

즉, 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형필름(21, 31)을 압착하기 위해 상부 접합 롤(40)은 하측 방향으로 이동하고, 하부 접합 롤(50)은 상측 방향으로 이동할 수 있다.That is, in order to press the first and second release films 21 and 31 located on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane 1, the upper bonding roll 40 moves downward, (50) can move upward.

그리고, 고분자 전해질막(1)의 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형필름(21, 31)에 대하여 압착을 해제하기 위해 상부 접합 롤(40)은 상측 방향으로 이동하고, 하부 접합 롤(50)은 하측 방향으로 이동할 수 있다.Then, the upper bonding roll 40 moves upward in order to release the pressing on the first and second release films 21 and 31 located between the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane 1, The lower joining roll 50 can move downward.

여기서, 상하 접합 롤(40, 50)은 작동원(41, 51)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있으며, 작동원(41, 51)은 상하 접합 롤(40, 50)에 각각 연결되며 그 상하 접합 롤(40, 50)로 상하 방향의 작동력을 제공하는 작동 실린더 또는 서보 리니어 모터를 포함할 수 있다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 can be installed so as to be vertically reciprocable by the operating sources 41 and 51 and the operating sources 41 and 51 can be mounted on the upper and lower bonding rolls 40 and 50, And an operating cylinder or a servo linear motor connected to the upper and lower bonding rolls 40 and 50 to provide an upward and downward operating force.

또한, 상하 접합롤(40, 50)은 서로 반대 방향으로 회전하며 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 이의 상하 측에 위치하는 제1 및 제2 이형필름(21, 31)을 압착하는 접합 롤러로서 구비된다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 are rotated in the opposite directions to each other and sandwich the polymer electrolyte membrane 1 therebetween to press the first and second release films 21 and 31 on the upper and lower sides thereof, .

보호필름 언와인더(60, 90)는 제1 보호필름 언와인더(60)와 제2 보호필름 언와인더(90)로 구분하여 설명한다.The protective film unwinders 60 and 90 are separated into a first protective film unwinder 60 and a second protective film unwinder 90.

제1 보호필름 언와인더(60)는 제1 이형필름(21)과 상부 접합 롤(40) 사이에 제1 보호필름(61)을 풀어서 공급할 수 있다.The first protective film unwinder 60 can uncoil and supply the first protective film 61 between the first release film 21 and the upper bonding roll 40.

그리고, 제2 보호필름 언와인더(90)는 제2 이형필름(31)과 하부 접합롤(50) 사이에 제2 보호필름(91)을 풀어서 공급할 수 있다.The second protective film unwinder 90 can release the second protective film 91 between the second release film 31 and the lower bonding roll 50 and supply the second protective film 91 thereto.

제1 및 제2 보호필름(61, 91)은 상하 접합롤(40, 50)의 압력이 제1 및 제2 이형필름(21, 31)에 균일하게 분산될 수 있도록 하고, 상하 접합롤(40, 50)에 의한 압력을 낮추기 위한 구성으로서, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate) 및 실리콘(silicon) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The first and second protective films 61 and 91 are formed so that the pressure of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 can be uniformly dispersed in the first and second release films 21 and 31, 50, etc.), a material such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN) Silicon, and silicon.

또한, 제1 및 제2 보호필름(61, 91)은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate) 및 실리콘(silicon) 중 적어도 어느 하나의 물질에 유리 섬유(glass fiber)가 포함될 수 있다. 이 때, 유리 섬유는 제1, 2 보호필름(61, 91)에 코팅된 형태이거나 첨가물 형태로 포함될 수 있다.The first and second protective films 61 and 91 may be formed of at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate naphthalate, and silicon may be included in a material of glass fiber. At this time, the glass fiber may be coated on the first and second protective films 61 and 91 or may be included in the form of an additive.

제1 및 제2 보호필름(61, 91)의 두께는 약 100 내지 약 1000 마이크로미터 범위를 가질 수 있다. 제1 및 제2 보호필름(61, 91)의 두께가 약 100 마이크로미터 미만일 경우에는 보호필름으로서 효과가 미미하고, 약 1000 마이크로미터 초과인 경우에는 유연성이 떨어져 롤에 감기는 공정 특성 상 공정성이 떨어질 수 있다.The thickness of the first and second protective films 61 and 91 may range from about 100 to about 1000 micrometers. If the thickness of the first and second protective films 61 and 91 is less than about 100 micrometers, the protective film is insufficient. If the thickness of the first and second protective films 61 and 91 is more than about 1000 micrometers, It can fall.

더욱 바람직하게는 제1 및 제2 보호필름(61, 91)의 두께는 약 100 내지 약 300 마이크로미터 범위를 가질 수 있고, 이 때 제1 및 제2 보호필름(61, 91)의 두께가 300 마이크로미터 이하의 범위를 가지면 유연성 감소를 최소화하여 공정성을 더욱 높일 수 있다.More preferably, the thickness of the first and second protective films 61 and 91 may range from about 100 to about 300 micrometers, wherein the thickness of the first and second protective films 61 and 91 is 300 Having a range of micrometers or less can further reduce fairness by reducing flexibility.

이는 보호필름(61, 91)이 너무 두꺼울 경우 압력이 제대로 전달되지 않을 수 있고, 너무 얇게 형성될 경우 균일한 압력 분포를 위한 보호 필름(61, 91)의 역할이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문이다.This is because if the protective films 61 and 91 are too thick, the pressure may not be transmitted properly and if the protective films 61 and 91 are formed too thin, the protective films 61 and 91 may not function properly for a uniform pressure distribution .

만약 제1 및 제2 보호필름(61, 91)이 존재하지 않을 경우 롤 라미네이팅 공정의 상하 접합롤(40, 50)의 평탄이나 축거의 비틀림에 의해 영향을 받아 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 특정 위치에 압력이 집중될 수 있으며, 이러한 압력 분포의 불균형은 전극 어셈블리(7)의 불량을 유발할 수 있다.If the first and second protective films 61 and 91 are not present, the first and second release films 21 and 21 are affected by the flatness or warpage of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 of the roll laminating process, , 31), and the imbalance of the pressure distribution may cause defects of the electrode assembly 7. [0050]

또한, 롤 라미네이팅 공정에서 상하 접합롤(40, 50)에 의해 제1 및 제2 이형필름(21, 31)에 과도한 압력이 가해질 경우 촉매 전극층(3, 5)의 기공 분포가 불균일해질 수 있다.In addition, when excessive pressure is applied to the first and second release films 21 and 31 by the upper and lower bonding rolls 40 and 50 in the roll laminating process, the pore distribution of the catalyst electrode layers 3 and 5 may be uneven.

이에, 본 실시예에 따른 연료 전지의 막-전극 어셈블리 제조 장치(100)는 접합롤(40, 50)과 이형필름(21, 31) 사이에 보호필름(61, 91)을 추가함으로써, 상하 접합롤(40, 50)의 평탄 불균형 및 축거의 틀어짐에 의해 발생할 수 있는 접합롤(40, 50)과 이형필름(21, 31) 사이의 간극을 메워주어 압력을 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한, 보호 필름(61, 91)을 배치하여 접합롤(40, 50)에 필요 이상의 과압을 가할 필요가 없어 접합 압력을 낮출 수 있어 기공 분포가 균일한 촉매 전극층(3, 5)을 형성할 수 있다.Thus, the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus 100 of the fuel cell according to the present embodiment is characterized in that protective films 61 and 91 are added between the bonding rolls 40 and 50 and the release films 21 and 31, The gap between the bonding rolls 40 and 50 and the release films 21 and 31 which may be caused by the flat unbalance of the rolls 40 and 50 and the deformation of the rollers can be filled and the pressure can be uniformly dispersed. Further, since the protective films 61 and 91 are arranged so as not to apply excessive pressure to the bonding rolls 40 and 50, the bonding pressure can be lowered and the catalyst electrode layers 3 and 5 having uniform pore distribution can be formed have.

다음으로, 본 실시예에서 이형 바(70, 80)는 디라미네이션 바(delamination bar)로서, 제1 이형 바(70) 및 제2 이형 바(80)로 구분하여 설명하기로 한다.Next, in this embodiment, the release bars 70 and 80 are separated into a first release bar 70 and a second release bar 80 as a delamination bar.

이형 바(70, 80)는 상하 접합롤(40, 50)의 진출 측에 배치되어 촉매 전극층(3, 5)이 고분자 전해질막(1)에 접합된 후, 제1 및 제2 이형필름(21, 31)을 벗겨내기 위한 것이다.The release bars 70 and 80 are disposed on the advancing side of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 so that the catalyst electrode layers 3 and 5 are bonded to the polymer electrolyte membrane 1 and then the first and second release films 21 , 31).

제1 및 제2 이형 바(70, 80)는 상하 접합롤(40, 50)의 진출 측에서 고분자 전해질막(1), 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 진행 경로 상하 측에 각각 설치되며, 상하 접합롤(40, 50)에 근접하게 설치된다.The first and second release bars 70 and 80 are arranged on the upper and lower sides of the advancing path of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 on the advancing side of the upper and lower bonding rolls 40 and 50 And are installed close to the upper and lower bonding rolls 40 and 50, respectively.

즉, 제1 이형 바(70)는 상부 접합 롤(40)에 근접하게 배치되고, 제2 이형 바(80)는 하부 접합 롤(50)에 근접하게 배치된다.That is, the first release bar 70 is disposed proximate to the upper bond roll 40 and the second release bar 80 is disposed proximate to the lower bond roll 50.

제1 및 제2 이형 바(70, 80)에 의해 제거된 제1 및 제2 이형필름(21, 31)은 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)에 각각 감기며 회수되기 때문에, 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 리와인딩 속도는 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)에 제공되는 구동력에 의해 결정될 수 있다.Since the first and second release films 21 and 31 removed by the first and second release bars 70 and 80 are respectively wound and recovered by the first and second film rewinders 75 and 85, 1 and the second release films 21, 31 can be determined by the driving force provided to the first and second film rewinders 75, 85.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 다른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 막-전극 어셈블리 제조 방법에서는 롤 형상으로 감긴 고분자 전해질막(1)을 멤브레인 언와인더(10)를 통해 풀어서 소정의 진행 경로로 공급한다.First, in the method of manufacturing a membrane-electrode assembly according to an embodiment of the present invention, a polymer electrolyte membrane 1 wound in a roll shape is unrolled through a membrane unwinder 10 and supplied through a predetermined path.

이와 동시에 제1 필름 언와인더(20)를 통해 롤 형상으로 감긴 제1 이형 필름(21)을 진행 경로를 따라 고분자 전해질막(1)의 상측으로 풀어 공급하고, 제2 필름 언와인더(30)를 통해 롤 형상으로 감긴 제2 이형필름(31)을 진행 경로를 따라 고분자 전해질막(1)의 하측으로 풀어서 공급한다.At the same time, the first release film 21 wound in a roll shape is unwound along the path along the path of the polymer electrolyte membrane 1 through the first film unwinder 20, and the second film unwinder 30 The second release film 31 is unwound and fed to the lower side of the polymer electrolyte membrane 1 along the course.

여기서, 제1 이형필름(21)은 하면에 애노드 촉매 전극층(3)이 코팅된 상태로 애노드 촉매 전극층(3)이 고분자 전해질막(1)의 상면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있으며, 제2 이형필름(31)은 상면에 캐소드 촉매 전극층(5)이 코팅된 상태로 캐소드 촉매 전극층(5)이 고분자 전해질막(1)의 하면으로 대향하며 진행 경로를 따라 공급될 수 있다.Here, the anode catalyst electrode layer 3 may be supplied on the upper surface of the polymer electrolyte membrane 1 in a state where the anode catalyst electrode layer 3 is coated on the lower surface of the first release film 21, The cathode catalyst electrode layer 5 may be supplied along the path of the polymer electrolyte membrane 1 while facing the lower surface of the polymer electrolyte membrane 1 in a state where the cathode catalyst electrode layer 5 is coated on the upper surface of the second release film 31.

또한, 이와 동시에 제1 보호필름 언와인더(60)를 통해 롤 형상으로 감긴 제1 보호필름(61)을 진행 경로를 따라 제1 이형필름(21)의 상측으로 풀어 공급하고, 제2 보호필름 언와인더(90)를 통해 롤 형상으로 감긴 제2 보호필름(91)을 진행 경로를 따라 제2 이형필름(31)의 하측으로 풀어 공급한다.At the same time, the first protective film 61 wound in a roll shape is unwound along the path along the path of the first release film 21 through the first protective film unwinder 60, The second protective film 91 wound in a roll form through the un-winder 90 is released to the lower side of the second release film 31 along the course.

제1 및 제2 이형필름(21, 31)과 상하 접합롤(40, 50) 사이에 배치되는 제1 및 제2 보호필름(61, 91)으로 인해 접합롤(40, 50)의 평탄 불균형 및 축거의 틀어짐에 의해 발생할 수 있는 접합롤(40, 50)과 이형필름(21, 31) 사이의 간극을 메워주어 압력을 균일하게 분산시킬 수 있다.The first and second protective films 61 and 91 disposed between the first and second release films 21 and 31 and the upper and lower bonding rolls 40 and 50 cause the flat imbalance of the bonding rolls 40 and 50, The gap between the bonding rolls 40, 50 and the release films 21, 31, which may be caused by the deformation of the moldings, is filled, and the pressure can be uniformly dispersed.

본 발명의 실시예에 의한 상하 접합롤(40, 50)은 이들 사이로 고분자 전해질막(1), 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5)이 진입하는 시점에 작동원(41, 51)에 의해 상하 방향으로 이동하고, 서로 반대 방향으로 회전하며 고분자 전해질막(1), 제1 및 제2 이형필름(21, 31) 및 제1 및 제2 보호필름(61, 91)을 압착한다.The upper and lower bonding rolls 40 and 50 according to the embodiment of the present invention are arranged such that the catalyst electrode layers 3 and 5 of the polymer electrolyte membrane 1 and the first and second release films 21 and 31 enter therebetween The first and second release films 21 and 31 and the first and second protective films 61 and 61 move up and down by the operating sources 41 and 51 and rotate in opposite directions, , 91).

이렇게 상하 접합롤(40, 50)의 압착으로 제1 및 제2 이형필름(21, 31)에 코팅된 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하면에 전사하여 접합할 수 있다.The catalyst electrode layers 3 and 5 coated on the first and second release films 21 and 31 can be transferred and bonded to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 by pressing the upper and lower bonding rolls 40 and 50 .

한편, 고분자 전해질막(1)을 사이에 두고 제1 및 제2 이형필름(21, 31)의 촉매 전극층(3, 5)이 상하 접합롤(40, 50) 사이로 진입하면서 촉매 전극층(3, 5)을 고분자 전해질막(1)의 상하면에 전사하여 접합하는 과정과 동시에, 제1 및 제2 이형필름(21, 31)은 제1 및 제2 이형 바(70, 80)에 의해 각각 벗겨지면서 제1 및 제2 필름 리와인더(75, 85)에 감길 수 있다.On the other hand, the catalyst electrode layers 3 and 5 of the first and second release films 21 and 31 enter the upper and lower bonding rolls 40 and 50 while sandwiching the polymer electrolyte membrane 1, The first and second release films 21 and 31 are peeled off by the first and second release bars 70 and 80, respectively, while the first and second release films 21 and 31 are bonded to the upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane 1, 1 and the second film rewinders 75, 85, respectively.

또한, 제1 및 제2 보호필름(61, 91)은 제1 및 제2 보호필름 리와인더(65, 95)에 감길 수 있다.In addition, the first and second protective films 61 and 91 can be wound around the first and second protective film rewinders 65 and 95.

이하에서는, 도 3을 참고하여, 본 발명의 실시예에 다른 막-전극 어셈블리 제조 장치의 면압 측정 결과를 살펴본다.Hereinafter, the surface pressure measurement results of the membrane-electrode assembly manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치에서 막-전극 어셈블리에 가해지는 면압을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a graph showing a result of measurement of a surface pressure applied to a membrane-electrode assembly in a membrane-electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell according to Comparative Examples and Examples of the present invention.

먼저 본 발명의 실시예로서 100㎛의 PET, 250㎛의 PET 및 100㎛의 PTFE를 각각 보호필름으로 적용하여 롤 라미네이팅 공정을 수행하였으며, 비교예로서 보호필름이 적용되지 않은 상태로 롤 라미네이팅 공정을 수행하였다.As a first embodiment of the present invention, a roll laminating process is performed by applying 100 탆 PET, 250 탆 PET, and 100 탆 PTFE as protective films, respectively. As a comparative example, a roll laminating process Respectively.

또한, 접합롤의 접합하중은 80kgf 하에서 롤 라미네이팅 공정을 수행하였다.The roll lamination process was carried out under a bonding load of 80 kgf.

도 3에 나타난 바와 같이, 가해진 압력(전사 압력)이 비교예의 경우 13.75MPa인 반면에, 100㎛의 PET가 보호필름으로 적용된 경우 11.34MPa, 250㎛의 PET가 보호필름으로 적용된 경우 9.34MPa 및 100㎛의 PTFE가 보호필름으로 적용된 경우 7.78MPa인 것을 확인하였다. 즉, 실시예의 경우 비교예에 비해 전사 압력이 작아진 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 3, when the applied pressure (transfer pressure) was 13.75 MPa in the comparative example, 11.34 MPa in the case where 100 탆 PET was applied as a protective film, 9.34 MPa and 100 Mu] m of PTFE was applied as a protective film, it was confirmed to be 7.78 MPa. That is, it was confirmed that the transfer pressure in the example was smaller than that in the comparative example.

또한, 압력 편차 역시 비교예의 경우 8.61MPa인 반면에 100㎛의 PET가 보호필름으로 적용된 경우 6.59MPa, 250㎛의 PET가 보호필름으로 적용된 경우 5.12MPa 및 100㎛의 PTFE가 보호필름으로 적용된 경우 4.52MPa인 것을 확인하였다. 즉, 실시예의 경우 비교예에 비해 압력 편차가 작아진 것을 확인할 수 있었다.In addition, the pressure deviation was also 8.61 MPa in the comparative example, whereas 6.59 MPa in the case where PET of 100 μm was applied as a protective film, 4.52 MPa in the case where 250 μm PET was applied as a protective film, and 4.52 MPa and 100 μm, MPa. That is, it can be confirmed that the pressure deviation of the embodiment is smaller than that of the comparative example.

즉, 보호필름이 적용된 실시예의 경우, 보호필름이 적용되지 않은 비교예와 비교하여 전사 압력이 낮아질 수 있고, 압력이 균일하게 가해지고 있음을 확인할 수 있었다.In other words, in the case of the protective film, the transfer pressure can be lowered and the pressure can be uniformly applied as compared with the comparative example in which the protective film is not applied.

그러면, 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 막-전극 어셈블리 제조 공정에 따른 촉매 전극층의 전사 정도를 실험한 결과를 살펴본다.Referring to FIG. 4, the results of experiments on the degree of transfer of the catalyst electrode layer according to the membrane-electrode assembly manufacturing process according to the embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치를 이용하여 막-전극 어셈블리 제조한 후, 회수된 이형필름을 촬영한 사진이다.4 is a photograph of a film-electrode assembly manufactured using the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to a comparative example and an example of the present invention, and then photographing the recovered release film.

본 발명의 실시예 및 비교예는 접합 하중을 60kgf와 80kgf 두 가지 경우로 나누어 실험한 것을 제외하고는, 앞서 설명한 도 3과 동일하게 수행하였다.The examples and comparative examples of the present invention were carried out in the same manner as in FIG. 3, except that the bonding load was divided into two cases of 60 kgf and 80 kgf.

도 4에 나타난 바와 같이, 실시예에 따른 공정이 수행된 후 회수된 이형필름보다 비교예에 따른 공정 수행 후 회수된 이형필름에 촉매 전극층이 더 많이 남아 있는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 4, it was confirmed that more catalyst electrode layers remained on the release film after performing the process according to the comparative example than the recovered release film after the process according to the embodiment was performed.

즉, 비교예의 경우 촉매 전극층이 고분자 전해질막에 모두 전사되지 못하고 이형필름에 일부 남아 있는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 접합롤에 의한 압력이 고르게 가해지지 않은 것으로 이해할 수 있다.That is, in the comparative example, it was confirmed that the catalyst electrode layer was not completely transferred to the polymer electrolyte membrane, and part of the catalyst electrode layer remained on the release film. It can be understood that the pressure due to the bonding roll was not uniformly applied.

다음으로 도 5 및 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 막-전극 어셈블리의 기공 특성에 대해서 살펴본다.Next, the pore characteristics of the membrane-electrode assembly manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 장치를 이용하여 제조된 막-전극 어셈블리의 기공 특성을 분석한 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 연료 전지용 막-전극 어셈블리의 제조 장치를 이용하여 제조된 막-전극 어셈블리의 기공을 촬영한 사진이다.FIG. 5 is a graph showing the results of analyzing pore characteristics of a membrane-electrode assembly manufactured using the apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to Comparative Examples and Examples of the present invention, and FIG. 1 is a photograph of a pore of a membrane-electrode assembly manufactured using an apparatus for manufacturing a membrane-electrode assembly for a fuel cell according to an example and an embodiment.

먼저 도 5를 살펴보면, 가로축은 기공의 직경을 나타내고, 세로축은 기공도를 나타낸다. 여기서, 기공도는 수은 흡착법을 이용하여 측정하였다.5, the horizontal axis represents the diameter of the pores, and the vertical axis represents the porosity. Here, the porosity was measured by a mercury adsorption method.

도 5에 나타난 바와 같이, 접합롤의 접합 하중이 커질수록 기공의 직경이 작아지고 기공도가 소폭 하락하는 것을 확인할 수 있는 반면에, 접합 하중이 작을수록 기공 크기가 커지고 기공도가 상승하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5, it can be seen that as the bonding load of the bonding roll becomes larger, the diameter of the pores decreases and the porosity decreases slightly, while the smaller the bonding load, the larger the pore size and the higher the porosity I could.

또한, 보호필름을 포함하여 롤 라미네이팅 공정을 수행한 본 발명의 실시예는 설정 하중을 80kgf를 가하였음에도 불구하고, 보호필름 없이 설정 하중 60kgf를 가하면서 롤 라미네이팅 공정을 수행한 비교예의 경우와 기공도와 기공 크기가 유사한 것을 확인할 수 있었다.In the case of the comparative example in which the roll lamination process was performed while applying the set load of 60 kgf without the protective film even though the setting load of 80 kgf was applied to the roll lamination process including the protective film, It was confirmed that the pore size was similar.

즉, 보호필름을 포함하여 공정을 수행하는 실시예의 경우 기공도와 기공 크기가 비교예에 비해 우수한 것을 확인할 수 있었다.That is, it was confirmed that the pore size and the pore size of the embodiment including the protective film are superior to those of the comparative example.

또한, 도 6을 살펴보면, 비교예에 비해 실시예에 따른 막-전극 어셈블리의 기공 직경이 크게 형성되는 것을 직접 확인할 수 있었다.6, it can be directly confirmed that the pore diameter of the membrane-electrode assembly according to the embodiment is larger than that of the comparative example.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지의 막-전극 어셈블리 제조 장치 및 방법은 접합 롤 사이에 보호 필름을 추가하여 롤 라미네이팅 연속 공정을 수행함으로써, 균일하고 성능이 우수한 연료 전지의 막-전극 어셈블리를 제조할 수 있다. As described above, an apparatus and a method for manufacturing a membrane-electrode assembly of a fuel cell according to an embodiment of the present invention are characterized in that a protective film is added between bonding rolls to perform a continuous roll laminating process, Assemblies can be manufactured.

또한, 월의 두께를 유지하면서 촉매 로딩량, 유체와 촉매와의 접촉 면적(시간)을 늘릴 수 있으므로, 충분한 필터 성능과 촉매 성능을 얻을 수 있다.Further, since the catalyst loading amount and the contact area (time) between the fluid and the catalyst can be increased while maintaining the wall thickness, sufficient filter performance and catalyst performance can be obtained.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

1: 고분자 전해질막 3, 5: 촉매 전극층
7: 막-전극 어셈블리 10: 멤브레인 언와인더
20: 제1 필름 언와인더 21: 제1 이형필름
30: 제2 필름 언와인더 31: 제2 이형필름
40: 상측 접합롤 41, 51: 작동원
50: 하측 접합롤 70: 제1 이형 바
80: 제2 이형 바 75: 제1 필름 리와인더
85: 제2 필름 리와인더 60: 제1 보호필름 언와인더
90: 제2 보호필름 언와인더 61: 제1 보호필름
91: 제2 보호필름 65: 제1 보호필름 리와인더
95: 제2 보호필름 리와인더 55: 멤브레인 리와인더1: polymer electrolyte membrane 3, 5: catalyst electrode layer
7: Membrane-electrode assembly 10: Membrane unwinder
20: first film unwinder 21: first release film
30: second film unwinder 31: second release film
40: upper bonding roll 41, 51:
50: lower bonding roll 70: first release bar
80: second release bar 75: first film rewinder
85: second film rewinder 60: first protective film winder
90: second protective film unwinder 61: first protective film
91: second protective film 65: first protective film Rewinder
95: Second protective film Rewinder 55: Membrane Rewinder

Claims (18)

롤 형상의 고분자 전해질막을 풀어서 공급하는 멤브레인 언와인더,
애노드 촉매 전극층 및 캐소드 촉매 전극층이 각각 일정 간격으로 코팅된 롤 형상의 이형필름을 고분자 전해질막의 상, 하측으로 풀어서 공급하는 필름 언와인더,
상기 고분자 전해질막 및 상기 이형 필름의 진행 경로 상, 하측에 각각 배치되어 상기 고분자 전해질막의 상면과 하면에 압착되는 상하 접합롤, 및
상기 이형 필름 및 상기 상하 접합롤의 접착면 사이에 보호 필름을 풀어서 공급하는 보호필름 언와인더를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.A membrane unwinder for unwinding and supplying a roll-shaped polymer electrolyte membrane,
A film unwinder for unwinding and releasing a roll-shaped release film coated with an anode catalyst electrode layer and a cathode catalyst electrode layer at predetermined intervals on the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane,
An upper and lower bonded rolls respectively disposed on the lower and upper sides of the path of the polymer electrolyte membrane and the release film and pressed onto upper and lower surfaces of the polymer electrolyte membrane,
And a protective film unwinder for unwinding and supplying a protective film between the release film and the adhesive surface of the upper and lower bonding rolls. 제1항에서,
상기 상하 접합롤의 진출 측에 배치되며 상기 이형 필름을 벗겨내는 이형 바를 더 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 1,
Further comprising a release bar disposed on an upstream side of the upper and lower bonding rolls to peel off the release film. 제2항에서,
상기 멤브레인 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 고분자 전해질막을 감아 회수하는 멤브레인 리와인더,
상기 필름 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 이형필름을 감아 회수하는 필름 리와인더, 및
상기 보호필름 언와인더로부터 풀어져 나온 상기 보호필름 리와인더를 더 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.3. The method of claim 2,
A membrane rewinder for winding and recovering the polymer electrolyte membrane discharged from the membrane unwinder,
A film rewinder winding and recovering the release film unwound from the film unwinder, and
Further comprising the protective film rewinder unwound from the protective film unwinder. 제3항에서,
상기 필름 언와인더는 상기 고분자 전해질막 상부에 위치하며 제1 이형필름을 풀어서 공급하는 제1 필름 언와인더 및 상기 고분자 전해질막 하부에 위치하며 제2 이형필름을 풀어서 공급하는 제2 필름 언와인더를 포함하고,
상기 보호필름 언와인더는 상기 고분자 전해질막 상부에 위치하며 제1 보호필름을 풀어서 공급하는 제1 보호필름 언와인더 및 상기 고분자 전해질막 하부에 위치하며 제2 보호필름을 풀어서 공급하는 제2 보호필름 언와인더를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.4. The method of claim 3,
Wherein the film unwinder further comprises a first film unwinder which is positioned above the polymer electrolyte membrane and releases and supplies the first release film, and a second film unwinder which is located below the polymer electrolyte membrane and unwinds and supplies the second release film, Including more,
Wherein the protective film unwinder comprises a first protective film unwinder positioned above the polymer electrolyte membrane and releasing and supplying the first protective film, and a second protection film unwinder disposed under the polymer electrolyte membrane, A film-electrode assembly manufacturing apparatus for a fuel cell comprising a film unwinder. 제1항에서,
상기 보호필름은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate) 및 실리콘(silicon) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 1,
The protective film may be at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), and silicon Electrode assembly for a fuel cell. 제5항에서,
상기 보호필름은 유리 섬유(glass fiber)를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 5,
Wherein the protective film comprises a glass fiber. 제6항에서,
상기 유리 섬유가 상기 보호필름에 코팅되어 있는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 6,
Wherein the glass fiber is coated on the protective film. 제6항에서,
상기 유리 섬유가 상기 보호필름에 첨가물 형태로 포함되는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 6,
Wherein the glass fiber is contained in the protective film in the form of an additive. 제6항에서,
상기 보호필름의 두께는 100 내지 1000 마이크로미터 범위를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 6,
Wherein the thickness of the protective film ranges from 100 to 1000 micrometers. 제9항에서,
상기 보호필름의 두께는 100 내지 300 마이크로미터 범위를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 장치.The method of claim 9,
Wherein the thickness of the protective film ranges from 100 to 300 micrometers. 멤브레인 언와인더를 이용하여 고분자 전해질막을 풀어서 진행 경로로 공급하는 단계,
상기 고분자 전해질막의 공급과 동시에 필름 언와인더를 이용하여 애노드 촉매 전극층 및 캐소드 촉매 전극층이 일정 간격으로 코팅된 이형필름을 풀어서 상기 고분자 전해질막의 상, 하측으로 공급하는 단계,
상기 고분자 전해질막 및 상기 이형필름의 공급과 동시에 보호필름 언와인더를 이용하여 보호필름을 풀어서 상기 이형필름의 표면에 공급하는 단계,
상기 고분자 전해질막을 사이에 둔 상기 이형필름 및 상기 보호필름을 상하 접합롤을 이용하여 압착하여 상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막에 전사시켜 접합하는 단계를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.A step of unwinding the polymer electrolyte membrane using a membrane unwinder and supplying the polymer electrolyte membrane to a progress path,
Supplying the polymer electrolyte membrane to the upper and lower sides of the polymer electrolyte membrane by releasing the release film having the anode catalyst electrode layer and the cathode catalyst electrode layer coated at regular intervals using a film unwinder simultaneously with the supply of the polymer electrolyte membrane,
Supplying the polymer electrolyte membrane and the release film simultaneously with release of the protective film using a protective film unwinder and supplying the protective film to the surface of the release film,
Bonding the release film and the protective film sandwiching the polymer electrolyte membrane between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer using a vertical joint roll to transfer the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer to the polyelectrolyte membrane, Electrode assembly. 제11항에서,
상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층을 상기 고분자 전해질막에 전사시켜 접합하는 단계 이후에,
상기 상하 접합롤의 진출 측에서 이형 바를 이용하여 상기 이형필름을 벗겨내는 단계를 더 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.12. The method of claim 11,
After the step of transferring and bonding the anode catalyst electrode layer and the cathode catalyst electrode layer to the polymer electrolyte membrane,
Further comprising the step of peeling off the release film by using a release bar on the side of advancement of the upper and lower bonding rolls. 제12항에서,
상기 이형필름을 벗겨내는 단계 이후에,
멤브레인 리와인더를 이용하여 상기 애노드 촉매 전극층 및 상기 캐소드 촉매 전극층이 접합된 상기 고분자 전해질막을 감아 회수하는 단계,
필름 리와인더를 이용하여 상기 이형필름을 감아 회수하는 단계,
보호필름 리와인더를 이용하여 상기 보호필름을 감아 회수하는 단계를 더 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.The method of claim 12,
After the step of peeling the release film,
Winding and recovering the polymer electrolyte membrane to which the anode catalyst electrode layer and the cathode catalyst electrode layer are bonded by using a membrane rewinder,
Winding and releasing the release film using a film rewinder,
Further comprising the step of winding the protective film by using a protective film rewinder to recover the membrane-electrode assembly for a fuel cell. 제11항에서,
상기 보호필름은 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리이미드(PI; polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; polyethylene naphthalate) 및 실리콘(silicon) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.12. The method of claim 11,
The protective film may be at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), and silicon Electrode assembly for a fuel cell. 제14항에서,
상기 보호필름은 유리 섬유(glass fiber)를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.The method of claim 14,
Wherein the protective film comprises a glass fiber. 제15항에서,
상기 유리 섬유는 상기 보호필름에 코팅되거나 첨가물 형태로 포함되는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the glass fiber is coated on the protective film or is contained in the form of an additive. 제14항에서,
상기 보호필름의 두께는 100 내지 1000 마이크로미터 범위를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.The method of claim 14,
Wherein the thickness of the protective film ranges from 100 to 1000 micrometers. 제17항에서,
상기 보호필름의 두껜ㄴ 100 내지 300 마이크로미터 범위를 갖는 연료 전지용 막-전극 어셈블리 제조 방법.
The method of claim 17,
Wherein the thickness of the protective film ranges from 100 to 300 micrometers.
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